Как рассчитать детали глубокой вытяжки

Приблизительное время прочтения: 25 минут

Технология глубокой вытяжки деталей

Технологическое свойство волочильных деталей относится к приспособляемости волочильных деталей к процессу волочения, что является технологическим требованием к проектированию волочильных изделий с точки зрения обработки глубокой волочения. Чертежные детали с хорошими технологическими свойствами могут упростить структуру волочильного штампа, сократить время волочения и повысить эффективность производства. Технология волочения деталей в основном учитывает форму конструкции, размер, точность и выбор материала волочильных деталей.

Уровень допуска деталей глубокой вытяжки

Точность размеров деталей общего чертежа не должна быть слишком высокой, она должна быть ниже уровня IT13 и не выше уровня IT11. Если уровень допуска высок, можно добавить процесс формовки, чтобы удовлетворить требования к размеру. Из-за неравномерной деформации волочильных деталей толщина верхней и нижней стенок может варьироваться в пределах (1,2~0,75)t, а t — толщина листового металла. Для постоянной тонкой вытяжки требование допуска толщины стенки не должно превышать правила изменения толщины стенки в процессе вытяжки.

Размеры и формы деталей глубокой вытяжки

• При оформлении чертежных деталей не допускается указывать внутренние и наружные размеры одновременно. Размеры на чертеже изделия должны указывать на то, что должен быть обеспечен внешний размер или внутренний размер. Для деталей глубокой вытяжки со ступенями размер в направлении высоты должен основываться на дне. Если верхняя часть опирается на нижнюю, размер высоты не так просто гарантировать. Радиус скругления стыка между стенкой и дном может быть отмечен только на внутренней форме.

• Форма деталей глубокой вытяжки должна быть максимально простой и симметричной и формироваться за один раз. Смена осесимметричных вытяжных частей в окружном направлении происходит равномерно, обработка штампа проста, а его технологичность наилучшая. Старайтесь избегать использования очень сложных и асимметричных деталей чертежа и старайтесь избегать резких изменений контура. Для полуоткрытых или асимметричных полых деталей должна быть предусмотрена возможность их объединения для глубокой вытяжки, а затем разрезания их на две или более частей, как показано на рисунке 1-1, чтобы улучшить состояние напряжения во время глубокой вытяжки.

• Соотношение размеров каждой части детали для глубокой вытяжки должно быть соответствующим. Конструкция деталей с широкой полкой и большой глубиной вытяжки (т. е. диаметр полки d_ж>3 d, h≥2 d) следует по возможности избегать, так как эти детали требуют большего времени волочения и промежуточного отжига. Контуры фланцев деталей на чертеже должны быть аналогичны контурам деталей на чертеже. Ширина фланца должна быть одинаковой. Несогласованность не только затрудняет вычерчивание и увеличивает количество рабочих процедур, но и требует расширения запаса обрезки и увеличения металлоемкости.

• На поверхности фланца имеется вогнутая вогнутая деталь, как показано на рис. 1-2. Вогнутая ось ниже соответствует направлению рисования, поэтому ее можно вытащить. Если ось вогнутости перпендикулярна направлению рисования, ее можно выдавить только во время окончательной коррекции.

• При наличии отверстий в нижней части или фланце чертежа расстояние между краем отверстия и боковой стенкой должно быть a≥r._d + 0,5t (или a≥r_п + 0,5t), как показано на рис. 1-3.

• В целях обеспечения сборки боковая стенка чертежной детали должна иметь определенный уклон. Если требуется многократное волочение, на внутренних и внешних поверхностях волочильных деталей допускается нанесение меток, полученных в процессе волочения, с условием обеспечения необходимого качества поверхности. Если к деталям не предъявляются особые требования, только путем формовки или формовки для удаления меток.

Высота кусок глубокой вытяжки

При проектировании части чертежа высота должна быть минимизирована, чтобы ее можно было выполнить за один или два процесса рисования. Для различных форм чертежных деталей с помощью процесса можно нарисовать следующие условия.

• См. Таблицу 1-1 для высоты одного чертежа цилиндра.

Название материала	Алюминий	Дюрал	Латунь	Мягкая медь чистая медь
Относительная высота вытяжки по глубине h/d	0.73~0.75	0.60~0.65	0.75~0.80	0.68~0.72

• Условие черчения коробчатых деталей состоит в том, что при радиусе скругления угла коробчатой детали r=(0,05~0,20)В (В - ширина короткой стороны коробчатой детали), высота чертежной части h＜(0,3~0,8) B.

• Для фланцевых деталей условием натяжения является отношение диаметра цилиндрической части детали к заготовке d/D≥0,4.

Радиус скругления детали глубокой вытяжки

Радиус галтели между фланцем чертежной детали и стенкой цилиндра должен быть r_d≥2т. Чтобы облегчить плавное рисование, r_d≥(4~8)t обычно берется. Когда р_d≤2t необходимо добавить процедуру формирования.

Радиус галтели между дном чертежной детали и стенкой цилиндра должен быть r_п≥2т. Чтобы облегчить плавное рисование, r_п≥(3~5)t обычно берется. Когда детали требуют r_п＜t, необходимо увеличить процесс формообразования.

Выбор материала деталей глубокой вытяжки

Материалы, используемые для глубокой вытяжки, обычно требуют хорошей пластичности, низкого коэффициента прочности на изгиб, большого коэффициента направленности толщины листа и малой направленности плоскости листа.

Расчет процесса глубокой вытяжки цилиндрических деталей

Расчет процесса волочения включает в себя определение размера заготовки, определение времени волочения и расчет размера полуфабриката.

Расчет размера заготовки простых вращающихся деталей глубокой вытяжки

Чтобы определить границу обрезки

Из-за анизотропии листового материала центр шерсти и выпуклая и вогнутая матрица не могут полностью совпадать при фактическом производстве, поэтому горловина вытяжной части может быть не очень аккуратной. Обычно существует процесс обрезки, чтобы отрезать неровную часть. По этой причине припуск на обрезку должен быть оставлен заранее при расчете пустой размер. Припуск на обрезку цилиндрических деталей и фланцевых деталей показан в Таблице 1-2 и Таблице 1-3 соответственно.

Рассчитать площадь поверхности деталей

Для облегчения вычислений детали разбиваются на несколько простых геометрических форм, площади их поверхностей рассчитываются соответственно, а затем складываются. Части, показанные на рис. 1-4, можно рассматривать как состоящие из прямой части стенки 1 цилиндра, части шарового стола 2, образованной дуговым вращением, и круглой пластины 3 внизу.

Общая площадь заготовки равна сумме площади поверхности А1 прямой стенки цилиндра, площади поверхности А2 шарикового стола и площади поверхности А3 нижней круглой пластины.

А₁ = πd ( час ) ( 1-1 )

А₂ = π/4 [ 2πr ( d-2r ) + 8r² ] ( 1-2 )

А₃ = π/4 (d-2r)²                            ( 1-3 )

π/4 D² = А₁ + А₂ + А₃ = ∑А_я                       ( 1-4 )

В формуле
d – средний диаметр цилиндрической части чертежа, мм;
H – высота чертежа, мм;
r – радиус скругления на скруглении осевой линии заготовки, мм;
D – диаметр заготовки, мм.

Чтобы найти пустой размер

Чтобы найти диаметр заготовки D,

Для уравнения (1-5), если толщина заготовки t < 1 мм, то для расчета используются внешний диаметр и внешняя высота или внутренний размер. Если толщина заготовки t≥1 мм, каждый размер для расчета следует подставить в средний размер строки толщины детали. Для широко используемых ротационных деталей глубокой вытяжки формулу расчета диаметра заготовки можно получить, обратившись к соответствующим руководствам.

Расчет размера плохой шерсти сложных ротационных деталей глубокой вытяжки

Размер заготовки чертежной заготовки сложной формы можно рассчитать по правилу Курикина, то есть площадь тела вращения, полученная при вращении шины любой формы вокруг оси, равна произведению длины шины а окружность центра тяжести вращалась вокруг оси, как показано на рис. 1-5.

То есть площадь поверхности вращающегося тела равна

А=2πR_ИксЛ ( 1-6 )

Поскольку площадь до и после волочения одинакова, диаметр заготовки D равен

πD²/4 = 2πR_ИксЛ ( 1-7 )

В формуле
А – площадь тела вращения, мм²;
р_Икс– расстояние между центром тяжести шины вращающегося тела и осью вращения (называемое радиусом вращения), мм;
D – диаметр заготовки, мм;
L – длина шины тела вращения, мм.

Согласно уравнению (1-6), диаметр заготовки может быть рассчитан, если известны длина шины вращающегося тела и радиус вращения центроида. Найдите длину шины и положение центроида метода имеет аналитический метод, аналитический метод рисования, метод рисования 3, может обратиться к соответствующей информации, чтобы понять.

Определить количество глубокой вытяжки

Понятие и значение коэффициента глубокой вытяжки

Степень деформации в глубокий рисунок можно выразить отношением высоты и диаметра детали чертежа. Чем меньше это отношение, тем меньшую степень деформации можно получить за один рисунок. Большие отношения требуют двух или более глубоких вытяжек для формирования. Но при проектировании процесса волочения и определении необходимого количества процессов волочения в качестве основы расчета обычно используется коэффициент волочения.

Под коэффициентом волочения понимается отношение диаметра цилиндрической детали после волочения к диаметру заготовки (или полуфабриката) до волочения, как показано на рис. 1-6, а именно:

Первый коэффициент рисования m₁= д₁/ Д

Второй коэффициент вытягивания m₂= д₂/ Д

……

N-й коэффициент вытягивания m_п= д_п/ Д

В формуле
D – диаметр заготовки,
d₁、д₂、……、д_п— средний диаметр цилиндра после каждой вытяжки.

Отношение среднего диаметра d_п части волочения и диаметра заготовки D называется общим коэффициентом волочения, т. е. коэффициентом волочения, требуемым для волочения, который выражается через m.

м = д_п/ Д = д₁ /Д*д₂/ д₁* д₃/ д₂*……*д_п-1/ д_п-2* д_п/ д_п-1= м₁м₂м₃……м_п-1м_п                  (1-9)

Из приведенного выше видно, что общий коэффициент вытяжки m представляет собой скорость изменения диаметра заготовки до и после вытяжки, и его значение всегда меньше 1. Он отражает величину деформации тангенциального сжатия наружной кромки заготовки. заготовки во время волочения. Чем меньше коэффициент вытяжки, тем больше разница диаметров до и после вытяжки, тем больше площадь «лишнего треугольника», подлежащая переносу, и тем больше деформация вытяжки.

Наоборот, степень деформации меньше. Поэтому его можно использовать в качестве показателя для измерения степени деформации при глубокой вытяжке. Но если в процессе глубокой вытяжки значение m слишком мало, это может привести к тому, что детали глубокой вытяжки или сильно изменятся, станут очень тонкими, сморщиваются и ломаются, поэтому границы уменьшения m имеют цель, границы сравниваются. в силовой области наибольшего растягивающего напряжения, равного действующему пределу прочности опасного сечения коэффициента глубокой вытяжки, называется предельным коэффициентом вытяжки.

Значение предельного коэффициента вытяжки обычно получают экспериментальным методом при определенных условиях вытяжки, как показано в Таблице 1-4 и Таблице 1-5.

Чтобы предотвратить дефекты сморщивания и растрескивания в процессе волочения, необходимо уменьшить степень деформации волочения и увеличить коэффициент волочения, чтобы уменьшить возможность образования складок и трещин. Коэффициент розыгрыша выражает степень сложности процесса рисования, и количество тиражей можно определить, если известен предельный коэффициент тиража, разрешенный для каждого розыгрыша.

Определение количества глубокой вытяжки

Время глубокой вытяжки можно оценить только приблизительно и окончательно определить технологическим расчетом. Существует несколько способов предварительного определения номера глубокой вытяжки для бесфланцевых деталей цилиндров.

• Метод рекурсии

Если известна относительная высота t/D заготовки цилиндрической детали, время волочения может быть непосредственно прослежено из таблицы 1-4 или таблицы 1-5 предельных коэффициентов волочения m₁、м₂、м₃、… 、м_п, а затем вычислить диаметр d₁ первого чертежа, и вычислить по диаметру d₁ первого чертежа к диаметру d_п n-го рисунка.

d₁=м₁Д; д₂=м₂d₁; …; д_п=м_пd_п-1                          (1-10)

До получения d_п не больше требуемого диаметра чертежа, то n - номер чертежа. Таким образом, можно узнать не только номер чертежа, но и диаметр полуфабриката, полученного промежуточным процессом.

• Метод расчета

Если в итоге заготовку диаметром D вытягивают в заготовку диаметром dn, число вытягиваний n также можно приблизительно определить по следующей эмпирической формуле.

LGD_пC= (n-1) Igm_п + lg (м₁Д)
n=1 + [ lgd_п – лг (м₁Г) ]/Igm_п (1-11)

В формуле mn — среднее значение каждого коэффициента розыгрыша после второго раза.

n, вычисляемый по формуле (1-11), обычно не является целым числом. Чтобы облегчить процесс рисования и избежать появления выдергивания и растрескивания, меньшее целое значение не следует округлять, а следует выбирать большее целое значение, чтобы фактически выбранные коэффициенты d чертежа были немного больше, чем предварительные расчетная стоимость.

• Метод справочной таблицы

Время волочения безфланцевых цилиндрических деталей также можно определить напрямую, обратившись к известной относительной высоте h/d волочильных деталей и относительной высоте t/D заготовки в таблице 1-6.

Рассчитать размер технологических частей

В размеры рабочих органов входит диаметр полуфабриката d_п, радиус закругленного угла в нижней части цилиндра r_п и высота стенки цилиндра h_п. После определения номера волочения следует определить диаметр и высоту рабочих частей после корректировки коэффициента волочения для получения большей степени деформации волочения в допустимых условиях.

Определить диаметр d_п технологических частей

После того, как номер рисунка определен, требование безопасного рисования без растрескивания выполнено. По расчету диаметр d_п должен быть равен диаметру d чертежной детали, исходя из m₁-м₁'≈ м₂-м₂'≈…≈м_п-м_п', коэффициент вытягивания каждый раз должен быть скорректирован, чтобы сделать коэффициент вытягивания m₁、м₂、…、м_п больше предельного коэффициента вытяжки m₁', м₂'、…、м_п'.

Определяем высоту рабочих частей

Исходя из принципа, что площадь поверхности рабочих органов равна площади заготовки после глубокой вытяжки, можно получить следующую формулу для расчета высоты рабочих органов. Перед расчетом высоты частей рабочего процесса после каждого чертежа следует определить радиус скругления в нижней части каждой части рабочего процесса. Высоту каждой рабочей части можно рассчитать по формуле диаметра заготовки.

час_п = 0,25 (Д²/ д_п – д_п) + 0,43 р_п/ д_п (д_п + 0.32р_п) (1-12)

В формуле
час_п– высота заготовки после n-й глубокой вытяжки, мм;
D – диаметр заготовки, мм;
d_п– диаметр заготовки после n-й глубокой вытяжки, мм;
р_п- радиус галтели в нижней части полуфабриката при n-й вытяжке, мм.

расчет усилия вытягивания и усилия держателя заготовки

Расчет силы вытягивания

Сила вытягивания, рассчитанная теоретически, неудобна в практическом применении, а поскольку влияющие факторы более сложны, расчетный результат часто отличается от фактической силы вытягивания, поэтому для расчета силы вытягивания в производстве часто используется эмпирическая формула. Силу вытягивания цилиндрической заготовки можно рассчитать по следующей эмпирической формуле.

При использовании держателя заготовки для глубокой вытяжки:

Первый глубокий рисунок F= πd₁tσ_бк₁                             (1-13)

После второго раза Ф._п= πd_пtσ_бк_п (n=2、3、…、i) (1-14)

Без держателя заготовки для глубокой вытяжки:

Первая глубокая вытяжка F= 1,25π (D – d₁) tσ_б                        (1-15)

После второго раза Ф._п= 1,3π (д_я-1 – д_я) tσ_б&nбsp;(n=2、3、…、i) (1-16)  

В формуле
F – тяговое усилие;
σ_б– предел прочности материала при растяжении, МПа;
t – толщина материала, мм;
D – диаметр заготовки, мм;
d₁… д_п- средний диаметр каждого волочения, мм;
к₁, к₂— поправочный коэффициент, см. Таблицу 1-7.

Коэффициент глубокой вытяжки m1	0.55	0.57	0.6	0.62	0.65	0.67	0.7	0.72	0.75	0.77	0.8	-	-	-
Поправочный коэффициент k1	1.00	0.93	0.86	0.79	0.72	0.66	0.6	0.55	0.50	0.45	0.4	-	-	-
Коэффициент глубокой вытяжки m2	-	-	-	-	-	-	0.7	0.72	0.75	0.77	0.8	0.85	0.9	0.95
Поправочный коэффициент k2	-	-	-	-	-	-	1.0	0.95	0.90	0.85	0.8	0.70	0.6	0.50

Расчет силы держателя заготовки

Холостые условия содержания

Основным методом решения проблемы складок при глубокой вытяжке является использование держателя заготовки против морщин, при этом усилие держателя заготовки должно быть соответствующим. Если степень деформации рисунка относительно мала, а относительная толщина заготовки относительно велика, держатель заготовки не требуется, поскольку он не будет мяться. Применение держателя заготовки для глубокой вытяжки можно определить по условиям таблицы 1-8.

Метод глубокой вытяжки	Первый глубокий рисунок	Первый глубокий рисунок	Последующая глубокая прорисовка	Последующая глубокая прорисовка
	(т/д) х 100	м1	(т/д) х 100	м2
С пустым держателем	<1,5	<0,6	<1,0	<0,8
Нет пустого держателя	> 2,0	>0,6	＞ 1,5	>0,8
С пустым держателем или без него	1.5~2.0	0.6	1.0~1.5	0.8

Когда определено, что требуется держатель заготовки, размер усилия держателя заготовки должен быть соответствующим. Если сила держателя заготовки слишком велика, это увеличит усилие втягивания заготовки в матрицу, и заготовку легко сломать. Если он слишком мал, он не может предотвратить сморщивание выпуклой кромки и не может играть роль держателя заготовки, поэтому размер усилия держателя заготовки должен быть как можно меньше при условии отсутствия складок.

Рассчитать усилие держателя заготовки

В конструкции пресс-формы обычно делается усилие держателя заготовки F._{давление} немного больше, чем минимальное значение, необходимое для эффекта защиты от складок, то есть, исходя из предпосылки обеспечения того, чтобы зона деформации фланца заготовки была без складок, насколько это возможно, выбрать небольшое усилие держателя заготовки и в соответствии со следующим эмпирическим формула для расчета.

Общее усилие держателя заготовки: F_{давление} = Ар (1-17)
Первый чертеж цилиндрических деталей: F_{давление} = π/4 [D² – (д₁ + 2р_{умереть1})² ]p (1-18)
Последующая глубокая вытяжка цилиндрических деталей:
F_{давление} = π/4 [д_п-1² – (д_п + 2р_{умереть n-1})² ]p (1-19)

В формуле
А — площадь выступа заготовки под пресс-кольцо, мм²;
P – единичное усилие держателя заготовки, МПа, согласно табл. 1-9;
D – диаметр заготовки, мм;
d₁、д₂、… 、д_п- диаметр заготовки в первый и последующие разы, мм;
р_{умереть1},р_{умереть2},… ,р_{умереть н}— Радиус галтели каждой матрицы глубокой вытяжки, мм.

Название материала		Усилие держателя единичной заготовки P (МПа)	Название материала	Усилие держателя единичной заготовки P (МПа)
Алюминий		0.8~1.2	Жесть	2.5~3.0
Твердый алюминий (отожженный), красная медь		1.2~1.8	Высокотемпературный сплав	2.8~3.5
Латунь		1.5~2.0
Мягкая сталь	т＜0,5ммт＞0,5мм	2.5~3.02.0~2.5	Высоколегированная стальНержавеющая сталь	3.0~8.5

В производстве усилие держателя заготовки F_{пустой держатель} в одном чертеже также может быть выбрана 1/4 силы волочения.

F_{пустой держатель}=0. 25F₁ (1-20)

Теоретически разумное усилие держателя бланка должно меняться в зависимости от тенденции сморщивания. BHF увеличивается, когда морщины выражены сильно, и уменьшается, когда морщины несильны, но добиться этого изменения очень трудно.

Выбор номинального давления пресса

Для прессов одностороннего действия номинальное давление должно быть больше общего давления процесса. Общее давление процесса представляет собой сумму силы вытягивания F_{Рисование} и усилие держателя заготовки F_{пустой держатель}.

F_{действующая пресса}＞F_{Рисование}+Ф_{пустой держатель} (1-21)

Для пресса двойного действия следует учитывать соотношение между номинальным давлением внутреннего и внешнего ползуна и соответствующим усилием вытягивания Fn и усилием держателя заготовки F соответственно.

F₁＞F_{Рисование} F₂＞F_{пустой держатель} (1-22)

В формуле
F_{действующая пресса}— номинальное давление пресса;
F₁— номинальное давление внутреннего ползуна;
F₂— номинальное давление наружного ползуна;
F_{Рисование}— сила тяги;
F_{пустой держатель}- усилие держателя заготовки.

При выборе номинального давления пресса необходимо обращать внимание на кривую технологического усилия ниже допустимой кривой давления ползуна пресса, когда ход волочения большой, особенно при использовании композитного штампа для вырубки и волочения. Технические характеристики пресса не могут быть определены просто исходя из того, что сумма усилия вырубки и усилия вытягивания меньше номинального давления пресса. В противном случае пресс может быть перегружен и поврежден из-за преждевременного возникновения максимального ударного давления, как показано на рис. 1-7.

Мы должны учитывать работу, выполняемую прессом при сложной штамповке, штамповке и глубокой вытяжке, а также учитывать, может ли двигатель пресса быть загруженным.

Устройство крепления к краю

В настоящее время в производстве обычно используются два основных типа устройств для монтажа под давлением.

Устройство для прижатия эластичных кромок

Этот тип устройства часто используется в обычном перфораторе, обычно бывает трех видов: устройство для прессования резиновой кромки, как показано на рис. 1-8 (а), устройство для прессования пружинного края, как показано на рис. 1-8 (б), воздушное устройство для прижатия края подушки, как показано на рис. 1-8 (c). Кривая изменения силы давления этих трех отбортовочных устройств показана на рис. 1-9. Кроме того, в пресс-форме постепенно используется технология азотных пружин.

С увеличением глубины растяжения кромка требуемой части уменьшается, поэтому давление на кромку постепенно снижается, на рис. 1-9 можно увидеть резиновое и пружинное прижимное устройство для кромки. Фактическая сила давления прямо противоположна необходимой силе давления и увеличивается с увеличением глубины растяжения, особенно с резиновым прижимным кольцом. Это может увеличить усилие волочения, что приведет к поломке деталей, поэтому резиновые и пружинные конструкции обычно используются только для неглубокого волочения.

Тем не менее, эти два типа конструкции устройства прижима кромок просты, их удобно использовать в прессах малого и среднего размера, если правильно выбраны характеристики пружины, марка и размер резины, что может уменьшить его неблагоприятное воздействие. Пружину следует выбирать с большой общей величиной сжатия, а давление медленно увеличивается с величиной сжатия. Резину следует выбирать из мягкой резины, а степень относительного сжатия должна быть гарантированно небольшой.

Сила давления резины быстро увеличивается с увеличением степени сжатия, поэтому общая толщина резины должна быть больше, предполагается, что общая толщина резины не должна быть меньше, чем в 5 раз больше хода волочения. Эффект краевого давления устройства краевого давления типа воздушной подушки хороший, и сила давления в основном не изменяется с рабочим ходом, но его структура сложна, отдел производства, использования и обслуживания относительно сложен.

Устройство для прижима жестких кромок

Как показано на рис. 1-10, устройство для прижатия жестких кромок используется для пресса двойного действия, выпуклая матрица установлена на внутреннем ползунке пресса, а устройство для прижатия кромок установлено на внешнем ползунке. В процессе волочения внешний ползунок остается неподвижным, поэтому сила давления на его жесткую кромку не меняется в процессе подшипника, эффект волочения хороший, а конструкция пресс-формы проста.